Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТИКСОЗАГОТОВОК С ГЛОБУЛЯРНОЙ СТРУКТУРОЙ

Предлагаемое изобретение относится к области металлургического машиностроения и может быть использовано при производстве заготовок с глобулярной структурой (тиксозаготовок) из сплавов на основе алюминия для последующего получения из них изделий методом тиксоформования, то есть формообразования в твердожидком состоянии, например, штамповкой.

Известно устройство для получения тиксозаготовок, при работе которого предварительно расплавленный сплав разливают при температуре 110…120°C выше линии ликвидуса в тонкостенный стакан через наклонный охлаждаемый желоб, с образованием зародышей глобулярных кристаллов первичной фазы кристаллизации и затем охлаждают металл в условиях тепловой изоляции торцов стакана. Устройство включает разливочную емкость с расплавом, расположенный под емкостью наклонный охлаждаемый желоб и установленный ниже желоба стакан, торцы которого снабжены теплоизолирующими крышками (см. Б.И.Семенов, К.М.Куштаров. Современные тенденции совершенствования технологий заготовительных производств. Металлургия машиностроения, 2003, №2, с.26).

Недостатком известного устройства является невысокая производительность, связанная с потерями времени, расходуемого на зачерпывание ковшом расплава из тигля и перенос порции расплава к желобу для разливки, а также из-за необходимости часто останавливать процесс разливки для очистки желоба от нарастающей корки на его поверхности, что вызвано недостаточно высокой скоростью потока металла в конце желоба. Другим недостатком известного способа является нестабильное качество получаемых заготовок из-за возможного попадания в заготовку окислов при зачерпывании металла с поверхности расплава в открытом тигле. Кроме того, в известном способе глобулизация кристаллов достигается лишь посредством пассивного перемешивания расплава при его протекании по желобу и отсутствуют внешние активные способы перемешивания, что не позволяет получать более мелкую структуру металла заготовки.

Известно устройство для получения металлических заготовок с глобулярной структурой, где расплав заливают в теплоизолированную обогреваемую емкость, стабилизируют в ней температуру до заданной величины 110…120° выше линии ликвидуса, а затем из нижней части емкости расплав дозированно разливают на желоб, при этом обеспечивают постоянно возрастающее ускорение потока на желобе и его колебания. Колебания ведут с переменной амплитудой и частотой, величину которых выбирают из диапазонов 2…5 мм и 2…10 Гц. При этом разливку выполняют поочередно на два установленные друг против друга желоба (см. патент РФ №2371279, приоритет от 17.04.2008).

Недостатком известного устройства является низкое качество получаемых заготовок, вызванное образованием окислов по границам зерен, что приводит к значительному снижению механических свойств металла заготовок.

Техническим результатом заявляемого устройства является повышение качества получаемых заготовок за счет проведения всех операций по плавлению, перемешиванию и разливке металла в среде инертного газа, что уменьшает вероятность образования окислов по границам зерен за счет предотвращения возможности поступления кислорода из воздуха в зону разливки и в зону окончательной кристаллизации слитка.

Это достигается тем, что устройство для получения тиксозаготовок с глобулярной структурой, содержащее теплоизолируемую разливочную емкость с крышкой и затвором, заготовительные стаканы и наклонные водоохлаждаемые желобы для перемешивания порций расплава в заготовительные стаканы, снабжено газозащитным металлическим кожухом для создания защитной инертной среды вокруг емкости, наклонных водоохлаждаемых желобов и заготовительных стаканов, при этом крышка выполнена с газоотводными отверстиями, кожух выполнен в виде камеры с проемом для заливки расплавленного металла в разливочную емкость и выхода газов и сильфонами для обеспечения возможности замены заготовительных стаканов с тиксозаготовками и удаления их из зоны окончательной кристаллизации, в камере смонтированы штуцеры для подачи инертного газа в зоны перемещения порции расплава в заготовительные стаканы, и в верхней части камеры выполнено отверстие, в котором установлен штуцер, смонтированный в верхней части емкости для подачи в нее инертного газа.

Изобретение поясняется графическим материалом, где на фиг.1 изображено устройство получения тиксозаготовок с глобулярной структурой.

Устройство для получения тиксозаготовок с глобулярной структурой содержит теплоизолированную разливочную емкость 1, установленную с возможностью поворота и снабженную встроенными в ее корпус 2 электронагревателями 3. Корпус 2 закрыт теплоизоляционным слоем 4, обеспечивающим поддержание заданной температуры расплава 5. В верхней части разливочной емкости 1 выполнено заливочное отверстие 6, закрываемое крышкой 7, а в нижней его части выполнено отверстие 8 для выпуска расплава 5. Для порционного выпуска расплава 5 в нижней части емкости 1 размещен затвор 9, взаимодействующий с разливочной емкостью 1 по пазу 10. Затвор 9 установлен на стойке 11 с возможностью поворота на оси 12. На кронштейнах 13 через оси 14 установлены желобы 15, опирающиеся на подвижные опоры 16. Каждый желоб 15 выполнен водоохлаждаемым. Ниже каждого желоба 15 установлены тонкостенные заготовительные стаканы 17, снабженные теплоизолирующими крышками 18 и 19.

Для защиты металла заготовок от кислорода воздуха, окисляющего границы кристаллизующихся зерен, процесс получения тиксозаготовок 17 ведется в инертной среде. Для этого устройство снабжено выполненным в виде камеры 20 металлическим кожухом, охватывающим разливочную емкость 1 с крышкой 7 и затвором 9, наклонные водоохлаждающие желобы 15 и заготовительные стаканы 17. При этом крышка 7 выполнена с газоотводными отверстиями 21, камера 20 выполнена с проемом 22 для заливки расплавленного металла в разливочную емкость 1 и выхода газов и сильфонами 23 для обеспечения возможности замены заготовительных стаканов с тиксозаготовками 17 и удаления их из зоны окончательной кристаллизации. Также в камере смонтированы штуцеры 24 для подачи инертного газа в зоны перемещения порций расплава в заготовительные стаканы, а для подачи в емкость инертного газа в ней смонтирован штуцер 26, установленный в отверстии, выполненном в верхней части камеры. Устройство работает следующим образом.

В плавильной печи (на фиг.1 не показана) металл заготовок плавят, рафинируют и переливают в теплоизолируемую разливочную емкость 1 через заливочное отверстие 6. После того как температура в емкости 1 стабилизируется до температуры на 110…120° выше линии ликвидуса, поворачивают затвор 9, открывая при этом отверстие 8, из которого порция металла вытекает на водоохлаждаемый желоб 15 и скатывается по нему в заготовительный стакан 17. Скорость потока расплава при перекатывании по желобу регулируется его углом наклона посредством подвижных опор 16. Перемешивание расплава при скатывании его по желобу обеспечивается его продольным возвратно-поступательным колебанием посредством кулачковых механизмов 25.

После дозированного заполнения одного из стаканов 17 сдвигают соответствующий сильфон 23, закрывают стакан верхней теплоизолированной крышкой 19 и удаляют его из камеры. На место удаленного, устанавливают новый заготовительный стакан 17. В то же время идет заливка расплава в заготовительный стакан 17, находящийся с противоположной стороны установки.

Перед заливкой жидкого металла 5 в разливочную емкость 1 через штуцер 26 подается инертный газ, например аргон, который вытесняет воздух из емкости. После заливки жидкого металла отработанный газ выходит через газоотводные отверстия 21, выполненные на крышке 7 емкости 1.

Создание инертной среды в зонах слива металла в заготовительные стаканы 17, вдоль наклонных желобов 15 и в зоне нижнего затвора 9 и выпускного отверстия 8 разливочной емкости обеспечивается подачей инертного газа через штуцеры 24, смонтированные в камере 20 в зоне слива металла с наклонных желобов 15. Аргон, как более тяжелый газ, заполняет объем камеры снизу и вытесняет воздух вверх через верхний проем 22.

При получении тиксозаготовок в инертной среде, например в аргоне, снижается вероятность образования на границах зерен металла окислов, что, в свою очередь, приводит к значительному повышению механических свойств металла, включая высокопрочные алюминиевые сплавы системы Al-Zn-Mg-Cu типа В95, В96Ц.